جبران سازی توان راکتیو و ادوات کیفیت توان
- دامنه پوشش در این فصل ،تعاریف، مشخصات فنی و دستورالعملهای طراحی و ساخت سیستمهای جبران سازی توان راکتیو و همچنین تعاریف، مشخصات فنی و حدود شاخصهای کیفیت توان و بهره برداری از ادوات سنجش این شاخصها ارایه شده است.
اصطلاحات و تعاریف
-- کیفیت توان
- کیفیت برق تغییرات خصوصیات و مشخصات انرژی الکتریکی را نشان میدهد و کیفیت مناسب برق نشان دهنده وضعیت مناسب تغییرات و یا اغتشاش در کمیتهای ولتاژ جریان و فرکانس بوده که خرابی و یا عملکرد نادرست تجهیزات الکتریکی مصرف کننده را به دنبال نخواهد داشت.
- گذرا پدیده یا کمیتی که بین دو شرایط ماندگار شبکه و در فاصله زمانی کوتاه اتفاق میافتد.
- افتادگی ولتاژ voltage sag کاهش در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس ،نامی به اندازه ۱۰ تا ۹۰ درصد و برای مدت زمان بین ۱۰ میلی ثانیه (نیم سیکل) تا یک دقیقه
- برآمدگی ولتاژ voltage swell افزایش در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس نامی به میزان بیش از ۱۰ درصد مقدار نامی و برای مدت زمان بین ۱۰ میلی ثانیه (نیم سیکل) تا یک دقیقه.
- نوسان ولتاژ (فلیکر) voltage fluctuation (flicker) تاثیر زود گذری که یک منبع روشنایی روی حس بینایی انسان گذاشته در حالی که طیف فرکانسی یا شدت روشنایی آن تغییر می کند.
- هارمونیک مولفه فرکانسی با مرتبه بزرگتر از یک در سری فوریه یک کمیت متناوب harmonic
- هارمونیک میانی مولفه فرکانسی یک کمیت متناوب که فرکانس آن ضریب صحیحی از فرکانس مولفه اصلی موج نیست.
- هارمونیک غیر مشخصه interharmonic هارمونیک هایی هستند که تجهیزات تولید کننده ،هارمونیک بخصوص یکسو کننده ها در طول کار عادی خود تولید نمی کنند ولی ممکن است در اثر عدم تقارن یا تعادل سیستم برق و یا به علت اشکالات یکسو کننده ها تولید شود.
- شاخص کوتاه مدت فلیکر short-term flicker (Pst) به میزان شدت فلیکر در یک دوره زمانی ۱۰ دقیقه ای گفته میشود. وقتی این شاخص برابر یک است، میزان فلیکر در آستانه آزاردهی چشم انسان است.
- شاخص بلند مدت فلیکر به میزان محاسبه شده شدت ۱۲ فلیکر کوتاه مدت در یک دوره زمانی ۲ ساعته اطلاق میشود. - درصد عدم تعادل ولتاژ نسبت درصد مقدار مولفه صفر یا منفی ولتاژ به مقدار مولفه توالی مثبت آن.
- اعوجاج هارمونیکی کل long-term flicker (Pt) voltage unbalance (imbalance) total harmonic distortion (THD) نسبت مقدار موثر محتوای هارمونیکی ولتاژ به مقدار موثر مولفه فرکانس اصلی ولتاژ بر حسب درصدی از مولفه اصلی آن.
- جبران سازی توان راکتیو - عنصر خازن capacitor element قطعه ای که اساساً شامل دو الکترود است که توسط یک ماده عایق دی الکتریک از هم جدا شده است.
- واحد خازن مجموعه ای از یک یا چند عنصر خازن در یک محفظه است که ترمینالهایش از محفظه بـ - خازن خود ترمیم کننده بیرون است. capacitor unit self-healing capacitor خازنی است که خواص الکتریکی آن بعد از شکست موضعی دی الکتریک به سرعت و به طور اساسی به حالت اولیه برمی گردد.
- خازن غیر خود ترمیم کننده خازنی که در آن ماده عایق دی الکتریک پس از شکست ،محلی ترمیم نمی شود - بانک خازنی non-self-healing capacitor capacitor bank ترکیبی از یک یا چند خازن فشار ضعیف به همراه وسایل کلیدزنی و کنترل اندازه گیری سیگنال دهی، حفاظت، تنظیم و غیره که تحت مسئولیت مونتاژ کننده با همه اتصالات مکانیکی و الکتریکی و قطعات ساختاری داخلی به طور کامل مونتاژ می شود.
- خازن capacitor در این بخش واژه خازن هنگامی به کار برده میشود که تاکید خاصی روی معانی مختلف خازن یا مجموعه خازن و یا واحد خازن نباشد. step of capacitor bank
- پله بانک خازنی ترکیب یک یا چند واحد خازن که از طریق یک کلید واحد با راکتورهای نامیزان ساز ، سیمهای اتصال و دستگاههای قطع و وصل و فرمان مربوطه کلید زنی میشوند. - تجهیزات خازن مجموعه ای از واحدهای خازنی و ابزار جانبی برای اتصال به مدار
- وسیله تخلیه خازن discharge device of a capacitor وسیله ای که در بین ترمینالهای خازن و یا شینهها و یا در داخل واحد خازنی قرار داده میشود تا هنگام قطع اتصال خازن از منبع بار ذخیره شده در داخل خازن از راه آن تخلیه گردیده و ولتاژ خازن به صفر برسد.
- فیوز داخلی یک خازن internal fuse of a capacitor فیوزی است که در داخل واحد خازنی به طور سری به یک عنصر یا گروهی از عناصر وصل شده است.
- قطع کننده افزایش فشار یک خازن overpressure disconnector for a capacitor وسیله قطع کننده ای است که برای قطع خازن در حالت افزایش غیر عادی فشار داخلی طراحی شده است.
- قطع کننده افزایش دمای یک خازن overtemperature disconnector for a capacitor وسیله قطع کننده ای است که برای قطع خازن در حالت افزایش غیر عادی دمای داخلی طراحی شده است.
- ترمینالهای خط line terminal ترمینالهای خازن که به خطوط متصل میشود در خازنهای چندفاز ترمینالی که به خط خنثی یا زمین متصل میشود جزء ترمینالهای خط محسوب نمیشود.
- ظرفیت اسمی یک خازن (C) مقدار ظرفیت خازنی است که خازن برای آن طراحی شده است.
- توان راکتیو اسمی (Q) کل توان راکتیو یک بانک خازنی در فرکانس و ولتاژ اسمی است که به وسیله امپدانس کل بانک از جمله راکتورها (در صورت وجود) محاسبه میشود.
- ولتاژ اسمی یک خازن (UN) مقدار موثر ولتاژ متناوب است که خازن برای آن طراحی شده .است در حالتی که خازنها شامل یک یا چند مدار مجزا از قبیل واحدهای تک فاز که برای استفاده در اتصال چندفاز در نظر گرفته شده ،است یا واحدهای چندفاز با مدارهای مجزا باشد، UN به ولتاژ اسمی هر یک از مدارها نسبت داده میشود.
برای خازنهای چندفاز با اتصالات الکتریکی داخلی بین فازها و برای بانکهای خازنی چند فاز U به ولتاژ فاز به فاز طلاق میشود
_فرکانس اسمی یک خازن (f) فرکانسی است که خازن برای آن طراحی شده است. - جریان اسمی یک خازن (I) مقدار موثر جریان متناوب است که خازن برای آن طراحی شده است.
- تلفات خازن توان اکتیوی است که در خازن تلف میشود یادآوری - تلفات تمامی مولفههای تولید کننده تلفات بایستی در نظر گرفته شود برای مثال capacitor losses ه برای یک واحد تلفات دی الکتریک فیوزهای داخلی مقاومتهای تخلیه داخلی، اتصالات و غیره، ه برای یک بانک خازنی تلفات ،واحدها فیوزهای خارجی شینه ها راکتورهای تخلیه و کاهنده و غیره.
- تانژانت زاویه تلفات خازن tangent of the loss angle of a capacitor عبارت است از نسبت مقاومتهای سری معادل به راکتانسهای خازنی یک خازن در ولتاژ و فرکانس متناوب سینوسی تعیین شده. - بیشینه مقدار مجاز ولتاژ متناوب خازن maximum permissible (a.c.) voltage of a capacitor بیشینه ولتاژ متناوبی که خازن میتواند برای یک زمان معین در وضعیتهای مشخص تحمل کند.
- بیشینه مقدار مجاز جریان متناوب خازن maximum permissible (a.c.) current of a capacitor بیشینه جریان متناوبی که خازن میتواند برای یک زمان معین در وضعیتهای مشخص تحمل کند.
- دمای هوای محیط دمای هوا در مکانی که قرار است خازن در آن مکان نصب شود. ambient air temperature
- دمای هوای خنک کننده خنک ساز) air temperature دمای هوای خنک کننده تحت شرایط ،پایدار در گرمترین وضعیت بانک خازنی مابین دو واحد خازنی نداری میشود. اگر فقط یک واحد خازنی در داخل بانک خازنی در مدار قرار گرفته ،باشد دمای هوای خنک کننده ها اندازه گیری شده در نقطه تقریبا به فاصله ۰٫۱ متر از محفظه خازن و ارتفاع دو سوم از پایه است.
- شرایط حالت پایدار
-state condition تعادل حرارتی به دست آمده توسط خازن در شرایط خروجی ثابت و دمای ثابت هوای محیط است. - ولتاژ باقی مانده ولتاژی است که در یک زمان معین بعد قطع تغذیه مابین پایانه های یک خازن باقی میماند.
- کنترل کننده توان راکتیو خودکار al voltage matic reactive power controller وسیله ای که برای محاسبه توان راکتیو جذب شده توسط بار متصل به خطوط برق و کنترل خودکار کلیدزنی بلند: بانک خازنی جهت جبران توان راکتیو طراحی شده است.
- کیفیت توان
- کلیات واژه کیفیت برق که مشخصات و خصوصیات انرژی الکتریکی را مشخص میکند تعداد بسیار از اعوجاجهای موجود شبکه برق را پوشش میدهد. بطور کلی حساسیت تجهیزات الکتریکی مدرن مانند کنترل کننده های میکروپروسسوری درایو کنترل سرعت و مانند آن اهمیت ویژه مبحث کیفیت توان را نمایان میسازد - پدیده های موثر در کیفیت برق - نوسان ولتاژ نوسان ولتاژ اغلب خود را به صورت سوسو زدن لامپها نشان میدهد از عوامل اصلی ایجاد این مشکل بارهای صنعتی، ماشینهای جوشکاری کارخانه نورد آهن و کوره های قوس الکتریکی است نوسان ولتاژ میتواند نور خروجی لامپهای رشته ای را به مقدار زیادی کاهش دهد ولی در مورد نور لامپهای تخلیه در گاز تاثیر کمتری از خود نشان میدهد. علاوه بر این نوسان ولتاژ میتواند روی گیرنده های تلویزیونی وسایل کنترل الکترونیکی و کامپیوترهای شخصی نیز تاثیر بگذارد. - هارمونیک ها هارمونیکها ولتاژها یا جریانهای سینوسی هستند که فرکانس آنها مضربی صحیح از فرکانس نامی شبکه است. هارمونیک ها به دلیل وجود مشخصه غیرخطی بارها ایجاد می.شود سطح اعوجاج هارمونیکی توسط طیف کامل هارمونیکی شکل موج توصیف شده که در آن هر مولفه هارمونیکی به شکل مجزا با دامنه و زاویه فاز خود مشخص میشود جریانهای هارمونیکی تزریق شده به شبکه قدرت میتواند سبب بروز اضافه حرارت در تجهیزات ران در ماه با موشکی ممکن است موجب خرابی و صدمه دیدن تجهیزات مصرف کننده و همچنین شبکه توزیع موارد ریان و درنتیجه ما کردن تجهیزات مصرف کننده و همچنین شریان ها در صورت
- هارمونیک های میانی ماری های میانی، انارها یا جریان های سینوسی هستند که فرکانی آن ها مضرب صحیحی از فرکانس اصلی نیست. هارمونی های میانی می تواند در شبکه های با سطوح مختلف والتان ظاهر شوند منبع اصلی تولید این نوع هارمونیک ماره های فرگشتی، برخی یکسو کننده ها، موتورهای القایی و کوره های القایی مانند هارمونیک های میانی در گیرنده های روی کنترل تاثیر نامناسبی می گذارند و همچنین اثراتی در موتورهای القایی و کوره های قوس الکتریکی دارند.
- عدم تعادل ولتاژ عدم تعادل ولتاژ به شرایطی اطلاق می شود که مقادیر ولتاژ سه فاز با یکدیگر متفاوت بوده و یا اختلاف زاویه ۱۳۰ درجه بین فازها وجود نداشته باشد. درصد عدم تعادل ولتاژ با نسبت اندازه مولفه توالی صفر ولتاژ به اندازه مولفه توالی مثبت آن مشخص می شود. علت اصلی ایجاد عدم تعادل ولتاژ وجود بارهای تک فاز در شبکه و توزیع غیر یکنواخت آنها روی سه فاز است. عدم تعادل ولتاژ میتواند تاثیر قابل ملاحظه ای در ژنراتورها به وجود آورد و اثرات حرارتی نامناسبی را روی برخی تجهیزات شبکه توزیع و مصرف کننده ایجاد کند که ممکن است باعث صدمه دیدن این تجهیزات شود.
- تغییرات بلند مدت ولتاژ تغییرات بلند مدت ولتاژ به هرگونه انحراف در مقدار موثر ولتاژ در فرکانس نامی اطلاق میشود که برای مدت زمان بیشتر از یک دقیقه ادامه داشته باشد. تغییرات بلند مدت ولتاژ میتواند به صورت اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ و قطعی بلند مدت با دوام رخ دهد. اضافه ولتاژ بلند مدت ممکن است سبب خرابی تجهیزات مخصوصاً تجهیزات الکترونیکی شده و باعث کاهش طول عمر کابل ها، شینه، کلید ماشین های گردان لامپها و خازنها شود. اضافه ولتاژ بلند مدت ممکن است در مورد برخی رله های حفاظتی عملکرد ناخواسته ای را به دنبال داشته باشد. کاهش ولتاژ بلند مدت می تواند موجب عملکرد نادرست تجهیزات شود. کنترل کننده های موتورها ممکن است تحت این شرایط از کار بیفتد. کاهش ولتاژ بلند مدت میتواند در موتورهای القایی تلفات گرمایی را افزایش دهد. همچنین سرعت این موتورها نیز در اثر این شرایط تغییر می کند. وسایل الکترونیکی ممکن است در طی شرایط کاهش ولتاژ از مدار خارج شود. کاهش ولتاژ موجب کم شدن توان راکتیو خروجی در بانک های خازنی می شود. همچنین این شرایط روی.سیستم های روشنایی نیز تاثیر خواهد گذاشت.
بلند مدت (بادوام) میتوانند به علل مختلف به وجود آید یکی از این علت ها میتواند ناشی از قطع کلیدها باشد. قطعی با دوام باعث خروج بار از مدار میشود البته این نوع قطعی روی تجهیزاتی که با UPS من دورها و غیره رمان ذخیره کننده انرژی محافظت میشود تاثیری نخواهد گذاشت - تغییرات کوتاه مدت ولتاژ سران کوتاه مدت ولتاژ ز به هرگونه انحراف دره مقدار موثر ولتاژ در فرکانس نامی اطلاق میشود که برای مدت یک دقیقه تغیرات کوتاه مدت ولتاژ می تواند به صورت افتادگی ولتاژ، برآمدگی ولتاژ و با از دست رفتن کامل آن یلی کوتاه مدت) رخ دهد. ندگی بانان افزایشی در ولتاژ موثر به اندازه ۱۰ تا ۸۰ درصد در فرکانس نامی بوده که مدت تداوم آن از ۱۰ میلی ثانیه سیکل تا یک دقیقه باشد. ندگی و ناز ممکن است سبب خرابی برخی تجهیزات از جمله وسایل الکترونیکی درایو تنظیم سرعت موتور الکتریکی، وزهای شخصی و کنترل کننده های الکترونیکی شود. از طرف دیگر برآمدگی ولتاژ ممکن است روی عملکرد برخی امهای حفاظتی نیز تاثیر بگذارد. الی ولنتازه کاهشی در ولتاژ موثر به اندازه ۱۰ تا ۹۰ درصد در فرکانس نامی است که برای مدت زمانی از ۱۰ بارتلیه (نیم سیکل) تا یک دقیقه تداوم یابد افتادگی ولتاژ را میتوان با دو پارامتر دامنه و مدت زمان وقوع مشخص مود افتادگی ولتاژ موجب خروج از مدار برخی تجهیزات میشود افتادگی ولتاژ ممکن است توسط کنترل کننده های تهران حساس تشخیص داده شده و قطع این وسایل را به دنبال داشته باشد. تر علی وقوع افتادگی ولتاژ سرعت ماشینهای القایی کمی کاهش مییابد. همچنین توان راکتیو بانک های خازنی کم میشود و روشنایی لامپ ها نیز کاهش مییابد که با چشم قابل مشاهده است.
- تغییرات فرکانس انانی که تعادل بین بار مصرفی و مقدار تولید تغییر کند فرکانس شبکه تغییر می یابد. اندازه تغییر فرکانس و مدت بیان این تغییر بستگی به مشخصه بار و پاسخ سیستم کنترل در نیروگاه ها دارد. تغییرات فرکانس ممکن است باعث نامه دیدن ژنراتور و توربین شود.
- حالات گذرا خانهای گذرا به تغییرات بسیار سریع ولتاژ و جریان که مدت تداوم آنها کمتر از ۱۰ میلی ثانیه نیم سیکل است اعلام می شود. حالتهای گذرا به علت صاعقه و کلیدزنی به وجود می آید و میتواند روی عایق تجهیزات تاثیر بگذارد. استهای بالا و شیب سریع حالات گذرا ممکن است منجر به پدیده شکست عایقی در تجهیزات الکتریکی از قبیل عالمین های گردان ه ترانسفورماتورها خازن ها، کابلها و ترانسفورماتورهای . جریان و ولتاژ شود. تکرار اعمال حالت های گذرااما الان الترونیکی و با قطع ناخواسته تجهیزات مدرن مانند درایو کنترل سرعت موتور الکتریکی شود.
- اندازه گیری کیفیت توان اعلام بار برداری صحیح از تاسیسات الکتریکی، اندازه گیری را ایرانی از دیده می ماند و از جریان فرکانسه توان اکتیو و غیره به عنوان حداقل ملزومات باید در نظر گرفته شود. برخی از پدیده های الکتریکی ممکن است اثرات نامطلوبی بر روی تجهیزات الکتریکی و عملکرد آن بگذارد که باید با اندازه گیری و پایش صحیح این شاخص ها از بروز برخی مشکلات ناشی از کیفیت پایین توان الکتریکی و اثرات آن بر روی بهره وری انرژی و عملکرد تجهیزات در جدول خسارت و همچنین کاهش قابلیت اطمینان شبکه تاسیسات الکتریکی جلوگیری نمود. معرفی شده است